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      2. 解決方案 | 基于背包平臺應用激光雷達技術進行礦堆體積量測

        一、概述

        精確量測礦石堆體積是礦山測量的常見工作。傳統采用的方法是采用全站儀或GPS?RTK測量堆積物表面的離散點坐標,再計算礦石堆的體積。由于這些堆積物表面形狀比較復雜,測量的離散點有限,部分高程無法觀測,實踐過程中只能通過等高線模擬得到礦堆體積;采用攝影測量求取礦堆體積時,難以確定一些堆積物的同名點對,精度較差,測量結果誤差較大。

        本文介紹采用基于背包平臺的三維激光掃描系統對堆積物進行觀測,快速獲取大量礦石堆表面點的三維坐標的同時,測量點也較為均勻地分布在堆積物表面,可以精確地計算出礦堆的體積。

        二、設備選用

        • 背包激光雷達掃描系統—LiBackpack 50

        LiBackpack 50是北京數字綠土科技有限公司自主研發的室內外一體化激光雷達掃描系統,結合激光雷達和SLAM技術,無需GPS即可實時獲取高精度點云數據。可用于地下空間信息獲取、隧道工程、數字工程、數字礦山、林業資源普查、建筑立面測量等領域。

        系統參數
        尺寸(mm) 975 X 335.6X 102.9 電池 5700mAh
        重量 5.8kg 工作時間 ~2.5h(一塊電池)
        功率 60W 端口 HDMI,USB,網口
        電壓 22.8V 存儲 512G SSD
        電流 1.9A 適用環境 室內和室外
        控制及顯示 網絡控制和顯示(手機、平板電腦);有線數據傳輸(平板電腦)
        傳感器參數
        LiDAR 傳感器 VLP16
        LiDAR精度 ±3cm
        垂直視場角 -15°~15°
        測量范圍 ?100m
        數據成果
        數據精度 ~ 5cm
        點云格式 las,ply

        產品優勢

        • 厘米級數據精度

        結合激光雷達和SLAM算法實現室內外一體化測量,無需GNSS信號即可實現厘米級數據精度

        • 高效率

        采集的目標物點云數據在手機/平板等移動端實時同步顯示,支持在線閉環及閉環優化,掃描完成即可導出點云數據和運動軌跡。

        • 低成本

        無需GPS,成本大幅度降低。

        • 操作簡單

        軟硬件融合,高度自動化,開機即用。

        • 多平臺

        設計輕巧便捷,可搭載不同的移動平臺,手持、步行、騎行、車載都可以輕松采集數據。

        • 點云處理分析軟件—LiDAR360

        LiDAR360是數字綠土自主研發的一款專業激光雷達點云數據處理和分析軟件,基于自主知識產權的點云數據處理平臺,擴展地形、林業、電力等行業模塊。主要功能包括海量點云數據可視化編輯、基于嚴密幾何模型的航帶匹配、點云自動 / 手動分類、地形產品生成、林業分析、電力巡檢。

        三、礦堆測量技術流程

        利用LiBackpack 50進行礦堆體積量測分為四個步驟:現場路徑規劃、數據采集、點云數據處理、礦堆體積量測。

        (LiBackpack+?LiDAR360礦堆測量技術流程)

        1、現場路徑規劃

        根據礦堆的大小、高度、周圍環境等因素,確定合適的掃描路線。路線要求:

        路徑設計不要彎彎曲曲,盡可能保持平穩過渡。

        (2)若礦區較大,最好走S型路線進行數據采集。

        (3)掃描路線不要來回多次重復,盡量一次掃完一個區域。

        2、現場數據采集

        按照預先規劃好的路線進行數據采集,連接移動端設備后,點擊界面start按鈕開始采集數據,?設備掃描時用戶可在手機/平板電腦上查看實時掃描的點云以及運動軌跡采集完成后=點擊stop按鈕停止采集。若作業區域面積較大,用戶可借助自行車、平衡車、電動車等工具進行現場數據采集工作,可提高掃描效率。

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        (作業人員進行數據采集,在手機上查看實時的采集情況)

        現場采集注意事項:

        (1)從靜止的位置開始,待屏幕出現點云數據后開始移動采集;

        (2)避免后期噪聲點過多造成的處理時間長,掃描場景里盡量減少人或物體移動。

        3、點云數據處理

        通常采樣空間表面粗糙度大、干濕不均,導致在三維激光掃描過程中不可避免地會獲得大量的噪聲點云。該類噪聲點(包括漂移點、孤立點、冗余點、混雜點等)的存在不僅增加了數據量,而且嚴重影響了點云質量和后續礦堆體積量測,會降低數據處理效率,因而有必要進行點云去噪,刪除噪聲點數據。

        4、礦堆體積量測

        使用LiDAR360軟件的體積量測工具直接進行礦堆體積量測,交互式選擇測量參考平面,計算相對于參考平面的填方、挖方和填挖方量,從而計算得出礦堆的體積信息。

        在計算過程中,單元格大小設置的過大,則格網不能很好地反映地形變化,如果格網設置的過小,則容易受到表面噪聲點的影響。根據長期經驗,建議將格網大小設置為0.03~0.05。

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